JP2020517852A - Wind turbine rotor blade and method for manufacturing wind turbine rotor blade - Google Patents

Wind turbine rotor blade and method for manufacturing wind turbine rotor blade Download PDF

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Abstract

ローターブレード根元部（２２０）およびローターブレード先端部（２１０）を有する風力タービンローターブレードを提供する。本ローターブレードは、ローターブレード根元領域へのガルバニック接続を有する避雷導体（３１０）を含む避雷システム（３００）を有する。避雷システム（３００）は、加熱可能塗料または加熱可能塗装（３４０）が塗布されている、ローターブレード表面の領域を有し、この領域は、前記加熱可能塗料における落雷を適切に消散できるように、前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合されている。A wind turbine rotor blade having a rotor blade root (220) and a rotor blade tip (210) is provided. The rotor blade has a lightning protection system (300) that includes a lightning conductor (310) having a galvanic connection to the rotor blade root region. The lightning protection system (300) has an area of the rotor blade surface that has been applied with a heatable paint or a heatable paint (340), this area being capable of properly dissipating lightning strikes in the heatable paint. Galvanically coupled to the lightning conductor (310).

Description

本発明は、風力タービンローターブレードと、風力タービンローターブレードを製造する方法とに関する。 The present invention relates to wind turbine rotor blades and methods for manufacturing wind turbine rotor blades.

風力タービンのローターブレードは、多数の異なる形状において知られている。風力タービンのナセルの高さおよびローターブレードの長さの理由から、風力タービンのローターブレードは、避雷要件に適合しなければならない。 Wind turbine rotor blades are known in a number of different configurations. Due to the height of the nacelle of the wind turbine and the length of the rotor blades, the rotor blades of the wind turbine must meet the lightning protection requirements.

優先権を主張する独国特許出願に関して、独国特許商標庁は、次の文書、すなわち、特許文献１、特許文献２、および特許文献３を調査した。 Regarding the German patent applications claiming priority, the German Patent and Trademark Office has searched the following documents: US Pat.

独国実用新案第２０２０１３００７６５９号明細書German utility model No. 201301007659 欧州特許公開第１１８７９８８号明細書European Patent Publication No. 1187988 欧州特許出願公開第２８０６１６０号明細書European Patent Application Publication No. 2806160

したがって、本発明の目的は、改善された雷保護を有する風力タービンローターブレードを提供することである。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a wind turbine rotor blade with improved lightning protection.

この目的は、請求項１に記載の風力タービンローターブレードによってと、請求項４に記載の風力タービンローターブレードを製造する方法によって、達成される。 This object is achieved by the wind turbine rotor blade according to claim 1 and by the method of manufacturing a wind turbine rotor blade according to claim 4.

したがって、ローターブレード根元部およびローターブレード先端部を有する風力タービンローターブレードを提供する。本ローターブレードは、ローターブレード根元領域へのガルバニック（電気的：ｇａｌｖａｎｉｃ）接続を有する避雷導体（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有する避雷システム、を有する。避雷システムは、加熱可能塗料の形における加熱可能塗装が塗布されている、ローターブレード表面の領域、を有し、この領域は、加熱可能塗料における落雷を適切に消散できるように、避雷導体にガルバニックに（電気的に：ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ）結合されている。 Thus, there is provided a wind turbine rotor blade having a rotor blade root and a rotor blade tip. The rotor blade has a lightning protection system having a lightning protection conductor having a galvanic connection to the rotor blade root region. The lightning protection system has an area of the rotor blade surface, to which a heatable paint in the form of a heatable paint has been applied, this area being galvanic to the lightning conductor so that lightning strikes in the heatable paint can be adequately dissipated. (Electrically: galvanically).

本発明の一態様によれば、本風力タービンローターブレードは、同様に避雷導体にガルバニックに結合されている少なくとも１つの受雷用レセプタ（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）を有する。この場合、少なくとも１つの受雷用レセプタの周囲の領域には、加熱可能塗料またはエナメルが設けられている。言い換えれば、受雷用レセプタの周囲の表面は、加熱可能塗料またはエナメルを有する。加熱可能塗料は、特に受雷用レセプタの領域における表面の損傷を防止する目的で、落雷を受雷用レセプタに伝える役割を果たす。 According to one aspect of the invention, the wind turbine rotor blade comprises at least one lightning receptor which is also galvanically coupled to the lightning conductor. In this case, the area around the at least one lightning receptor is provided with heatable paint or enamel. In other words, the surface around the lightning receptor has a heatable paint or enamel. The heatable paint serves to transmit lightning strikes to the lightning receptor, especially in order to prevent surface damage in the area of the lightning receptor.

本発明の一態様によれば、加熱可能塗料は、カーボンナノ材料および黒鉛を有する。 According to one aspect of the invention, the heatable paint comprises carbon nanomaterial and graphite.

本発明の一態様によれば、ローターブレードの表面を保護するために、ローターブレードの表面に、本発明に従って加熱可能塗料を設けることができる。このようにして、本ローターブレードの非導電性部分を避雷システムに統合することができる。 According to one aspect of the invention, the surface of the rotor blade can be provided with a heatable paint according to the invention in order to protect the surface of the rotor blade. In this way, the non-conductive part of the rotor blade can be integrated into the lightning protection system.

本発明の一態様によれば、すでに存在する避雷システムをさらに改善する目的で、ローターブレードの表面に少なくとも部分的に後から加熱可能塗料を塗布することもできる。 According to one aspect of the invention, the surface of the rotor blades can also be at least partially afterwards applied with a heatable paint for the purpose of further improving the existing lightning protection system.

本発明の一態様によれば、塗布された加熱可能塗料を、例えば避雷レセプタを介して避雷システムに結合することができる。 According to one aspect of the invention, the applied heatable paint can be coupled to the lightning protection system, for example via a lightning protection receptor.

加熱可能塗装は、ローターブレード先端部とローターブレード根元部との間に帯状に設けることができる。加熱可能塗装は、ローターブレード根元部の領域における避雷システムの残り部分に結合することができる。 The heatable coating can be provided in a strip between the rotor blade tip and the rotor blade root. The heatable paint can be coupled to the rest of the lightning protection system in the area of the rotor blade root.

さらに本発明は、風力タービンローターブレードを製造する方法にも関する。ローターブレードが繊維複合材料から製造され、避雷システムが組み込まれる。この場合、ローターブレードの内部に、特に雷消散導体（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）が設けられる。避雷システムの一部としての加熱可能塗料が、ローターブレードの表面に塗布され、避雷導体にガルバニックに結合される。 The invention also relates to a method of manufacturing a wind turbine rotor blade. The rotor blades are manufactured from fiber composite material and incorporate a lightning protection system. In this case, a lightning dissipating conductor is provided inside the rotor blade. Heatable paint as part of the lightning protection system is applied to the surface of the rotor blade and galvanically bonded to the lightning conductor.

さらに本発明は、風力タービンローターブレードの避雷システムの一部として加熱可能塗装を使用することまたは加熱可能塗料にも関する。 The invention further relates to the use of a heatable paint as part of a lightning protection system for a wind turbine rotor blade or to a heatable paint.

特に、最大１００℃まで使用するための、カーボンナノ材料および黒鉛を有するアクリルベースの加熱可能塗装が設けられる。 In particular, an acrylic-based heatable coating with carbon nanomaterials and graphite is provided for use up to 100°C.

加熱可能塗料の厚さは、４０μｍ〜１ｍｍの範囲内とすることができる。 The thickness of the heatable paint can be in the range of 40 μm to 1 mm.

本発明のさらなる構造・構成は、従属請求項の主題である。 Further structures of the invention are the subject of the dependent claims.

以下では、本発明の利点および一例としての実施形態を、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。 In the following, the advantages and exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings.

本発明に係る風力タービンの概略図を示している。1 shows a schematic view of a wind turbine according to the present invention. 本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。1 shows a schematic view of a wind turbine rotor blade according to the present invention.

図１は、本発明に係る風力タービンの概略図を示している。風力タービン１００は、タワー１０２と、タワー１０２の上のナセルとを有する。ナセル１０４には、３枚のローターブレード２００およびスピナー１１０を有する空力ローター１０６が設けられている。空力ローター１０６は、風力タービンの運転中に風によって回転し、したがって空力ローター１０６に直接または間接的に結合されている発電機の回転子または回転子部材をさらに回転させる。この発電機はナセル１０４の中に配置されており、電気エネルギーを発生させる。ローターブレード２００のピッチ角は、各ローターブレード２００のローターブレード根元部１０８ｂにおけるピッチモーターによって変えることができる。 FIG. 1 shows a schematic view of a wind turbine according to the present invention. The wind turbine 100 has a tower 102 and a nacelle above the tower 102. The nacelle 104 is provided with an aerodynamic rotor 106 having three rotor blades 200 and a spinner 110. The aerodynamic rotor 106 is rotated by the wind during operation of the wind turbine, thus further rotating a generator rotor or rotor member that is directly or indirectly coupled to the aerodynamic rotor 106. This generator is located in the nacelle 104 and produces electrical energy. The pitch angle of the rotor blades 200 can be changed by the pitch motor in the rotor blade root portion 108b of each rotor blade 200.

風力タービンは避雷システムをさらに有し、この避雷システムは、３枚のローターブレード２００の１枚に落ちた雷が適切に消散されるようにする。この目的のため、ローターブレードの内部に雷消散導体が設けられており、風力タービンの内部にさらなる雷消散導体設備（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が設けられている。 The wind turbine further has a lightning protection system, which ensures that the lightning that falls on one of the three rotor blades 200 is properly dissipated. For this purpose, a lightning-dissipating conductor is provided inside the rotor blade and a further lightning-dissipating conductor arrangement is provided inside the wind turbine.

図２は、本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。図２は、ローターブレード先端部２１０およびローターブレード根元部２２０を有するローターブレード２００を示している。本ローターブレードは、避雷システム３００を有する。避雷システム３００は、特に、例えばローターブレードの内部における避雷導体３１０と、オプションとして少なくとも１つの受雷用レセプタ３３０を有する。ローターブレード先端部２１０は、避雷導体設備（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）３１１によって避雷導体３１０にガルバニックに結合されているさらなる受雷用レセプタ３２０を、オプションとして有することができる。避雷システム３００は、ローターブレードの表面上の加熱可能塗料またはエナメルまたは加熱可能塗装３４０をさらに有する。落雷を適切に消散させ得るようにする目的で、加熱可能塗装３４０は避雷導体３１０にガルバニックに結合されている。 FIG. 2 shows a schematic view of a wind turbine rotor blade according to the present invention. FIG. 2 shows a rotor blade 200 having a rotor blade tip 210 and a rotor blade root 220. The rotor blade has a lightning protection system 300. The lightning protection system 300 comprises, among other things, a lightning conductor 310, for example inside a rotor blade, and optionally at least one lightning receptor 330. The rotor blade tip 210 may optionally have a further lightning receptor 320, which is galvanically coupled to the lightning conductor 310 by a lightning protection conductor arrangement 311. The lightning protection system 300 further comprises a heatable paint or enamel or heatable paint 340 on the surface of the rotor blades. The heatable coating 340 is galvanically coupled to the lightning conductor 310 for the purpose of properly dissipating the lightning strike.

本発明の一態様によれば、加熱可能塗装または加熱可能塗料３４０は、受雷用レセプタ３３０の領域に設けられている。この場合、避雷導体３１０への加熱可能塗装３４０のガルバニック結合も、受雷用レセプタによって達成される。 According to one aspect of the invention, the heatable paint or heatable paint 340 is provided in the region of the lightning receptor 330. In this case, the galvanic coupling of the heatable coating 340 to the lightning conductor 310 is also achieved by the lightning receptor.

加熱可能塗装または加熱可能塗料は、アクリレートベースで製造することができ、カーボンナノ材料および黒鉛を含むことができる。 The heatable paint or heatable paint can be made on an acrylate basis and can include carbon nanomaterials and graphite.

このような加熱可能塗料の例は、加熱可能塗料Ｃａｒｂｏ ｅ−Ｔｈｅｒｍ ＡＣＲ−１００ １Ｗである。この塗料の密度は１．０８ｇ／ｃｍ３である。色は無煙炭色とすることができる。固形分は３９〜４１％（プラスチック＋ポリマー）である。貯蔵寿命は６ヶ月である。ベース溶剤は水である。最低造膜温度は約１４℃である。ｐＨ値は約７〜８である。粘性（剪断率１００／秒）は７００〜８００ｍＰａｓである。 An example of such a heatable paint is the heatable paint Carbo e-Therm ACR-100 1W. The density of this paint is 1.08 g/cm 3 . The color can be anthracite. Solids content is 39-41% (plastic + polymer). Shelf life is 6 months. The base solvent is water. The minimum film forming temperature is about 14°C. The pH value is about 7-8. The viscosity (shear rate 100/sec) is 700 to 800 mPas.

乾燥した層の製品特性は、以下、すなわち、使用温度範囲：−１８℃〜１００℃、比抵抗：１０５０〜１１００Ωμｍ、層抵抗：Ｒ／ｍ２、５．５Ωから（層厚２００μｍの場合）、推奨最小層厚：４０μｍ、である。 The product characteristics of the dried layer are as follows: operating temperature range: −18° C. to 100° C., specific resistance: 1050 to 1100 Ωμm, layer resistance: R/m 2 , 5.5 Ω (when layer thickness is 200 μm), The recommended minimum layer thickness is 40 μm.

塗料の厚さは、３０μｍ〜２ｍｍの範囲内、好ましくは４０μｍ〜１ｍｍの範囲内である。 The coating thickness is in the range of 30 μm to 2 mm, preferably in the range of 40 μm to 1 mm.

Claims (6)

風力タービンローターブレード（２００）であって、
ローターブレード先端部（２１０）およびローターブレード根元部（２２０）、ならびに避雷システム（３００）、
を備えており、
前記避雷システム（３００）が、避雷導体（３１０）と、前記風力タービンローターブレード（２００）の表面上の塗料の形における加熱可能塗装（３４０）とを有し、前記加熱可能塗装（３４０）が前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合されている、
風力タービンローターブレード（２００）。 A wind turbine rotor blade (200),
A rotor blade tip (210) and a rotor blade root (220), and a lightning protection system (300),
Is equipped with
The lightning protection system (300) comprises a lightning conductor (310) and a heatable paint (340) in the form of paint on the surface of the wind turbine rotor blade (200), the heatable paint (340) being Galvanically coupled to the lightning conductor (310),
Wind turbine rotor blades (200). 少なくとも１つの受雷用レセプタ（３３０）、
をさらに備えており、
前記受雷用レセプタ（３３０）の領域に前記加熱可能塗装（３４０）が設けられており、前記加熱可能塗装（３４０）が前記受雷用レセプタ（３３０）によって前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合されている、
請求項１に記載の風力タービンローターブレード（２００）。 At least one lightning receptor (330),
Is further equipped with,
The heatable coating (340) is provided in the region of the lightning receptor (330), and the heatable coating (340) is galvanically applied to the lightning conductor (310) by the lightning receptor (330). Combined,
The wind turbine rotor blade (200) of claim 1. 前記加熱可能塗装（３４０）が、アクリレートベースに基づいており、カーボンナノ材料および黒鉛を有する、
請求項１または請求項２に記載の風力タービンローターブレード（２００）。 The heatable coating (340) is based on acrylate base and has carbon nanomaterial and graphite,
A wind turbine rotor blade (200) according to claim 1 or claim 2. 前記塗料の厚さが、３０μｍと２ｍｍの間、特に、４０μｍと１ｍｍの間である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の風力タービンローターブレード（２００）。 The thickness of the paint is between 30 μm and 2 mm, in particular between 40 μm and 1 mm,
A wind turbine rotor blade (200) according to any one of claims 1 to 3. 風力タービンローターブレード（２００）を製造する方法であって、
前記風力タービンローターブレードの外郭を繊維複合材料から製造することと、
少なくとも１つの避雷導体（３１０）を設けることと、
前記風力タービンローターブレードの表面上に塗料の形における加熱可能塗装（３４０）を塗布することと、
前記加熱可能塗装（３４０）を前記少なくとも１つの前記避雷導体（３１０）にガルバニックに結合することと、
を含む、方法。 A method of manufacturing a wind turbine rotor blade (200), comprising:
Manufacturing an outer shell of the wind turbine rotor blade from a fiber composite material;
Providing at least one lightning conductor (310);
Applying a heatable paint (340) in the form of a paint on the surface of the wind turbine rotor blade;
Galvanically coupling the heatable coating (340) to the at least one lightning conductor (310);
Including the method. 風力タービンローターブレードの避雷システムの一部として加熱可能塗装を使用することであって、前記加熱可能塗装が、前記風力タービンローターブレードの表面に塗料の形において塗布され、避雷導体にガルバニックに結合される、加熱可能塗装の使用。 Using a heatable paint as part of a lightning protection system for a wind turbine rotor blade, the heatable paint being applied in the form of a paint to the surface of the wind turbine rotor blade and galvanically coupled to the lightning conductor. Use of heatable paint.
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